基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的《金屬學(xué)與熱處理》實驗教學(xué)改革

陳守東 劉曉娜 葉海波 張金標(biāo)

摘? 要：在工科材料類專業(yè)中金屬熱處理實驗是重要的專業(yè)基礎(chǔ)實踐課程，對培養(yǎng)應(yīng)用型人才具有重要的作用。《金屬學(xué)與熱處理》是材料類的專業(yè)基礎(chǔ)課程，涉及內(nèi)容豐富，理論性強(qiáng)，部分概念和原理較為抽象不容易理解。基于該課程實驗的性質(zhì)和特點，以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，采取鞏固和完善驗證性實驗、開設(shè)綜合性設(shè)計型實驗和優(yōu)化考核等措施對實驗教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行改革探索。實驗教學(xué)改革實踐表明，優(yōu)化考核機(jī)制，激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)興趣，引入自主實驗，鍛煉學(xué)生的動手操作能力和提高創(chuàng)新意識。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型人才;《金屬學(xué)與熱處理》;實驗教學(xué)改革;考核方式

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）06-0160-04

Abstract： The experimental course of metallography and heat treatment in material is a basic practical course， which plays an important role in cultivating high quality applied talents. Metallography and heat treatment is involve rich content and strong theory， some concepts and principles are relatively abstract and difficult to understand. Based on the nature and characteristics of this course， aiming at cultivating application oriented talents， the reform of experimental teaching links is carried out by consolidating and perfecting confirmatory experiments， offering comprehensive design-based experiments and optimize assessment. The teaching practice shows that this has greatly stimulated the learning interest， exercised the students' operational ability and improved their innovative consciousness.

Keywords： applied talents; "metallography and heat treatment"; experimental teaching reform; assessment method

前言

《金屬學(xué)與熱處理》是普通高等學(xué)校材料類專業(yè)本科生專業(yè)課程中的重要基礎(chǔ)課程之一。該類課程主要包括三大部分：金屬學(xué)原理、金屬材料熱處理原理與工藝和金屬材料科學(xué)。前面兩項比較側(cè)重于課堂的理論知識的考察，都是較為抽象化的專業(yè)知識與理論，而金屬熱處理工藝及金屬材料科學(xué)就比較側(cè)重于實際的生產(chǎn)工藝，如不通過學(xué)生實際的動手操作和實踐就難以掌握其中的知識點，也達(dá)不到課程應(yīng)有的學(xué)習(xí)目標(biāo)。尤其對于地方應(yīng)用型高校的人才培養(yǎng)方式，往往最缺少的就是學(xué)生實際的動手操作機(jī)會和實踐技能的培養(yǎng)，無法通過自己做實驗來查缺補(bǔ)漏以達(dá)到所學(xué)知識的應(yīng)用，只能通過老師在課堂上用多媒體和書本來進(jìn)行淺顯的講解和介紹，使學(xué)生難以了解和掌握課程知識。長期以來，高等學(xué)校《金屬學(xué)與熱處理》課程的教學(xué)安排包括課堂知識講解學(xué)習(xí)和實踐實驗兩個部分，針對《金屬學(xué)與熱處理》實驗教學(xué)的過程中，由于所開設(shè)《金屬學(xué)與熱處理》相關(guān)實驗項目的知識點較多且抽象復(fù)雜（如金屬凝固過程組織演化、熱處理工藝與組織轉(zhuǎn)變等），實驗項目的教學(xué)仍然采用常規(guī)的教師講解示范、學(xué)生觀察記錄與報告撰寫方式，成績評定僅僅評價最終的實驗報告，缺乏過程性考核，導(dǎo)致《金屬學(xué)與熱處理》課程的實驗教學(xué)效果一直不理想，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，遠(yuǎn)沒有達(dá)到應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)。

為提升地方應(yīng)用型高校材料類人才培養(yǎng)質(zhì)量和使學(xué)生真正學(xué)以致用的目的，應(yīng)該積極改革現(xiàn)有應(yīng)用型高校《金屬學(xué)與熱處理》課程實驗教學(xué)的方式方法、組織形式、考核機(jī)制等，將《金屬學(xué)與熱處理》課程實驗教學(xué)的目標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生創(chuàng)新性思維和實踐能力的培養(yǎng)。通過完善和鞏固驗證性實驗、開設(shè)綜合分析型的設(shè)計實驗和優(yōu)化考核機(jī)制，來提高學(xué)生們對專業(yè)知識的認(rèn)知與理解。特別對于地方應(yīng)用型本科高校，要更關(guān)注于培養(yǎng)綜合應(yīng)用型人才，要積極改革一些老式過時的教學(xué)模式和教學(xué)方法，做出必要的改革與創(chuàng)新，引進(jìn)新的教學(xué)模式和策略，提升教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生真正能將所學(xué)知識應(yīng)用到實際中。根據(jù)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)和金屬熱處理學(xué)科的發(fā)展，對地方應(yīng)用型高校的《金屬學(xué)與熱處理》課程實驗教學(xué)提出了更高的要求，進(jìn)行《金屬學(xué)與熱處理》實驗教學(xué)的改革、實踐與思考，為地方應(yīng)用型高校金屬材料實驗教學(xué)的發(fā)展提供指導(dǎo)。通過實驗教學(xué)內(nèi)容、實驗教學(xué)方法、實踐能力及考核機(jī)制的改革，充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、參與性和主動性，提高了教學(xué)效果，達(dá)到了所學(xué)知識的實際應(yīng)用目的。

一、實驗教學(xué)存在的問題

理論教學(xué)和實踐教學(xué)是構(gòu)成課程教學(xué)的兩大體系，是培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)、實踐能力和創(chuàng)新能力相輔相成的教學(xué)環(huán)節(jié)與內(nèi)容。其中，實驗教學(xué)是重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是一種知識與能力、理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)活動，對學(xué)生創(chuàng)新能力、動手能力的培養(yǎng)具有重要意義。以往實驗教學(xué)是將實驗課程作為理論課程的輔助部分，并以理論為主導(dǎo)進(jìn)行實驗，課程實驗只是對課堂教學(xué)的補(bǔ)充教學(xué)，簡單輔以驗證，不單獨(dú)開設(shè)考核，而且課時安排較少，未從完全基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的整體性來構(gòu)建實驗教學(xué)體系，更沒有突出應(yīng)用型人才培養(yǎng)的重要性。

教育行政部門和授課教師對實驗教學(xué)環(huán)節(jié)并沒有太過于重視，僅僅認(rèn)為實驗教學(xué)項目是課堂教學(xué)的簡單補(bǔ)充。但實驗教學(xué)不僅作為學(xué)生強(qiáng)化理論學(xué)習(xí)的手段和途徑，而且更是碩果僅存的理論聯(lián)系實際的方式，所以應(yīng)該更加重視實驗教學(xué)。在實驗教學(xué)內(nèi)容方面也有許多不足，基礎(chǔ)性驗證實驗、設(shè)計性綜合實驗和研究性實驗的實驗項目未能跟上現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人才培養(yǎng)目標(biāo)，缺少對學(xué)生綜合能力實踐訓(xùn)練的內(nèi)容，例如，在實驗課前，教師準(zhǔn)備好試樣，實驗過程中教師詳細(xì)講解實驗內(nèi)容步驟，然后學(xué)生輪番觀察試樣的顯微組織特征及演化過程，再畫出指定試樣組織形態(tài)，分析實驗結(jié)果，撰寫實驗報告。采用這種常規(guī)式（如同課堂教學(xué)一樣）的教學(xué)方法根本無法鍛煉學(xué)生的自主創(chuàng)新與鉆研精神，教學(xué)理念太過于書本化和理論化。

對于課程檢驗的最有效考核手段過于單一和簡單，傳統(tǒng)實驗教學(xué)內(nèi)容不再進(jìn)行單獨(dú)的評價和考核，只是將實驗部分作為整個專業(yè)課程的一部分，根據(jù)最終的實驗報告給予相應(yīng)的分?jǐn)?shù)（按一定比例折合到整個課程的考核中），這種簡單附帶的考核，一方面沒有突出實踐教學(xué)的重要性，另一方面忽略了對學(xué)生實驗教學(xué)的過程性和參與程度的考核。實驗過程缺少學(xué)生自己動手實踐的機(jī)會，無法真正提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、實踐與應(yīng)用能力，沒有達(dá)到地方應(yīng)用型高校材料類應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，急需改革現(xiàn)有《金屬學(xué)與熱處理》課程實驗教學(xué)的模式、方式和考核評價，突出地方應(yīng)用型高校人才培養(yǎng)目標(biāo)和課程應(yīng)用型、實踐性的特點，提升學(xué)生的知識應(yīng)用能力。

二、實驗教學(xué)的作用

課程實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，即課程實踐是地方應(yīng)用型高等學(xué)校專業(yè)課程教學(xué)體系中的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際、解決實際工程問題、鍛煉實踐能力，最直接、最有效的教學(xué)環(huán)節(jié)和手段，是提高教學(xué)質(zhì)量和效果的有效途徑，對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新精神、實踐動手能力、分析和解決實際問題的能力有著不可代替的作用。

基于實踐應(yīng)用能力培養(yǎng)的導(dǎo)向，在改革后的《金屬學(xué)與熱處理》實驗課程教學(xué)內(nèi)容中設(shè)置了四個驗證性實驗項目，即淬火、正火、回火、退火實驗。在進(jìn)行實驗過程中，授課教師只是充當(dāng)指導(dǎo)者的角色，完全由學(xué)生自主操作完成，要完成每個實驗項目的考核指標(biāo)，學(xué)生需要用到許多課堂上學(xué)到的相關(guān)理論知識，必須掌握各種儀器設(shè)備的使用方法和工作原理，必須充分了解樣品在實驗中的特色現(xiàn)象與狀態(tài)，通過觀察樣品的狀態(tài)演化來分析和判定實驗結(jié)果，這樣充分調(diào)動了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的氣氛，鍛煉了團(tuán)隊協(xié)作精神和知識綜合分析應(yīng)用能力。課程實驗是針對課堂教學(xué)中所涉及的實際現(xiàn)象和問題而開設(shè)相應(yīng)實驗項目，實驗過程中可以通過條件的控制來促使某種現(xiàn)象的出現(xiàn)，實驗方法、設(shè)備操作、研究手段和路線可以有多種選擇，以此來培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力。實驗教學(xué)與課堂理論知識息息相關(guān)，通過課堂上學(xué)習(xí)的知識來完成實驗項目中所遇到的實際問題，把知識與實踐緊密聯(lián)系起來，真正做到理論聯(lián)系實際。

科學(xué)合理的實驗教學(xué)考核評價體系，是提高學(xué)生實踐應(yīng)用能力和教師教學(xué)效果的有利指揮棒。針對當(dāng)前地方應(yīng)用型高等院校專業(yè)課程實驗教學(xué)存在的問題，應(yīng)該根據(jù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)，改革實驗考核評價方式，構(gòu)建有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和應(yīng)用能力的專業(yè)課程實驗教學(xué)的考核評價新體系，注重學(xué)生的實驗參與程度和貢獻(xiàn)性的考核，建立過程性和多元化的考核評價體系，有效指導(dǎo)實驗教學(xué)的改革，提升地方應(yīng)用型高等院校人才培養(yǎng)能力。

三、實驗教學(xué)的改革

（一）開設(shè)線上教學(xué)

建立完善的線上實驗教學(xué)體系，各實驗實踐前進(jìn)行線上實驗項目預(yù)習(xí)教學(xué)，針對本次要做的實驗，授課老師在線上提前列出一張關(guān)于該實驗項目的所有流程、步驟和注意事項等，通過微信、QQ或?qū)W習(xí)通等手機(jī)移動學(xué)習(xí)APP發(fā)送鏈接至每個同學(xué)，在實驗前完成這張小試卷并進(jìn)行評測，如有不及格則返回重做（做到及格為止），試卷分?jǐn)?shù)算入平時考核評分中。采用實驗項目的線上教學(xué)，學(xué)生可以提前了解所做實驗項目的要點，提前查找相關(guān)資料，如遇問題，學(xué)生可及時反饋給教師進(jìn)行互動討論，教師可根據(jù)學(xué)生測試結(jié)果和反饋情況，及時調(diào)整實驗項目內(nèi)容和教學(xué)方式。通過網(wǎng)上實驗項目預(yù)習(xí)考核可以讓同學(xué)們提前進(jìn)一步了解實驗的具體過程、實驗中需要用到的設(shè)備和物品以及實驗成功或失敗所產(chǎn)生對應(yīng)的實驗現(xiàn)象等。這種方法可以大大減少同學(xué)們在實驗室中具體操作過程所產(chǎn)生的失誤，使授課老師教學(xué)進(jìn)程開展的更加流暢，避免出現(xiàn)“一問三不知”的尷尬場面，利于師生之間的及時溝通和互動，提高了學(xué)生實驗實踐的參與程度，大大提高了實驗教學(xué)質(zhì)量。

（二）改革實驗操作方案

《金屬學(xué)與熱處理》實驗課程中有許多概念和理論比較抽象，內(nèi)容繁雜零散且涉及面廣，有些內(nèi)容更是難以理解還缺乏邏輯性，不具有直觀性、導(dǎo)致許多學(xué)生學(xué)起來感到枯燥乏味，更抓不住重點要點。所以，授課時，應(yīng)適當(dāng)?shù)耐怀稣n程內(nèi)容所具有的綜合性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性等特點，建立起它們之間的相互聯(lián)系，找出其內(nèi)在規(guī)律，使學(xué)習(xí)內(nèi)容更加具有條理，學(xué)習(xí)思路更加清晰。因此，《金屬學(xué)與熱處理》實驗教學(xué)是將理論與實踐實現(xiàn)有機(jī)結(jié)合，通過學(xué)生的實際動手操作、觀察與分析，使學(xué)生鞏固并加深對課本上理論知識的理解，以達(dá)到對基本概念、基本原理的真正理解，并培養(yǎng)學(xué)生的實際動手操作能力、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

以往的實驗教學(xué)模式告訴我們，一味地給學(xué)生灌輸理論知識是不正確的。總是缺少學(xué)生自己動手操作的機(jī)會，都是通過書本和授課教師的講解來了解某個實驗項目的現(xiàn)象與結(jié)論，而學(xué)生自己總是缺少帶入感和參與感，有種“不識廬山真面目”的朦朧感。以往的實驗多為老師操作講解，學(xué)生觀察為主，學(xué)生得不到鍛煉，可增設(shè)綜合性設(shè)計型實驗，讓學(xué)生自己動手操作，通過對實驗中出現(xiàn)錯誤的解決更進(jìn)一步的了解自己在理論知識上所存在的不足。教師可根據(jù)學(xué)生能力的差異，可將學(xué)生進(jìn)行分組完成實驗項目，以每一個小組為單位進(jìn)行實驗的準(zhǔn)備、操作、記錄、分析與討論。通過組員間的分配與實踐，進(jìn)一步的增強(qiáng)學(xué)生的實踐精神和團(tuán)隊合作精神。

（三）優(yōu)化實驗教學(xué)的考核方式

傳統(tǒng)課程的期末考核比較注重理論知識的考核，弱化實踐能力的考查。大部分國內(nèi)高校采用70%的期末考試成績+30%的平時成績組成學(xué)生最終的評價成績。這一考核占分比例放在文科或其他系中并無太大問題，反而會簡化考試流程，但是對于工科類的學(xué)生來說，尤其對于地方應(yīng)用型高校而言，這種分?jǐn)?shù)設(shè)置和考核形式既合理也不合理，合理的地方在于理論知識確實十分重要，所以理論考核比例較大是完全沒有問題的，但是不合理的地方同樣也暴露出來了，在這種考核方式下課程期末考試就是給學(xué)生一個分?jǐn)?shù)而已，完全體現(xiàn)不出學(xué)生的應(yīng)用能力，沒有達(dá)到應(yīng)用型高校的人才培養(yǎng)目標(biāo)。對學(xué)生來說，學(xué)習(xí)目的也就是通過考試來獲取分?jǐn)?shù)，工科一向是理論加上實踐這一方針，可以說，兩者并不存在有誰比誰重要的問題，因此將期末考核終歸于只是追求分?jǐn)?shù)，通過考高分為目的，那將是考核機(jī)制的失敗。分?jǐn)?shù)上的巨大差異就直接導(dǎo)致了學(xué)生的學(xué)習(xí)自信心，直接影響了學(xué)生對實驗教學(xué)的不求甚解的學(xué)習(xí)態(tài)度。為突出地方應(yīng)用型高校人才培養(yǎng)的特點，急需對材料類《金屬學(xué)與熱處理》實驗課程的考核機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置和改革。

1. 差異性的進(jìn)行實驗教學(xué)項目考核：教師要根據(jù)各實驗項目的內(nèi)容、特點和考核點，采用不同的實驗項目應(yīng)有不同的教學(xué)方式，不同的實驗項目的重要程度和考核分值也應(yīng)有巨大的差別，設(shè)置分值區(qū)域化考核方式。比如《金屬學(xué)與熱處理》實驗教學(xué)內(nèi)容中的四個驗證性實驗——金相顯微鏡的使用、金相顯微鏡試樣的制備、鐵碳合金平衡組織觀察和鋼的熱處理，根據(jù)實驗內(nèi)容的綜合性程度、評價方式的靈活程度及學(xué)生的綜合應(yīng)用能力程度，設(shè)置這四個實驗項目的實驗分?jǐn)?shù)占比分別為10%、35%、20%和35%。

2. 分階段性進(jìn)行實驗教學(xué)項目操作與考核：可將各個實驗教學(xué)項目分配到不同的學(xué)習(xí)時期，老師對每次的實驗都進(jìn)行平時實驗成績記錄，期末考核成績即為各個階段的階段性實驗教學(xué)成績的總和，將此成績歸納為期末考試的平時成績之中。

3. 注重實驗實踐實訓(xùn)參與程度的考核：大學(xué)的教學(xué)與初高中大不相同，大學(xué)的學(xué)習(xí)多為學(xué)生自學(xué)，老師僅僅只能起到輔助指導(dǎo)作用，有些學(xué)生不來上課，如課前授課老師不點名的話其實是不知道的，不會像高中那樣嚴(yán)格，所以慢慢滋養(yǎng)了一些人的惰性，使教學(xué)無法順利的進(jìn)行下去，導(dǎo)致許多人在課堂的理論知識教學(xué)時就逃課，更不用說是實驗教學(xué)課程，所以要嚴(yán)打缺勤現(xiàn)象，積極引導(dǎo)學(xué)生主動操作實驗，提高學(xué)生參與實驗教學(xué)的積極性，加強(qiáng)學(xué)生自主操作能力的培養(yǎng)。

四、結(jié)束語

《金屬學(xué)與熱處理》實驗教學(xué)進(jìn)行難度大，是因為它和理論知識教學(xué)有著完全不一樣的教學(xué)模式和特點，理論知識教學(xué)過多于灌輸理論知識，并且更加抽象化，不能給人以更加直觀的視覺上的沖擊，而實驗教學(xué)則更注重于培實驗操作能力和實踐能力，通過實驗現(xiàn)象給人以視覺上的直接感受，但是實驗教學(xué)還要有專門的實驗室，并且還要有足夠的實驗器材，而且實驗教學(xué)在整個教學(xué)過程中所占的比例并不大，所以實驗的課時也是比較少的，不可能做到面面俱到，總是會出現(xiàn)許多不足的地方。基于《金屬學(xué)與熱處理》實驗課程的性質(zhì)和特點，以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，采取鞏固和完善驗證性實驗、開設(shè)綜合性設(shè)計型實驗和優(yōu)化考核等措施對實驗教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行改革探索。通過優(yōu)化考核機(jī)制，激發(fā)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)興趣，引入線上教學(xué)和自主實驗操作，鍛煉了學(xué)生的動手操作能力和提高了創(chuàng)新意識。這些改革措施在實際教學(xué)中取得了顯著效果，改變了以前只是把理論掛在嘴邊，沒有動手實踐的現(xiàn)象，使學(xué)生的創(chuàng)新能力和動手實踐能力得到提升，新教學(xué)模式下人才培養(yǎng)效率顯著提升，這對于新時期需要越來越多的應(yīng)用型人才，且具有重要的意義。新的實驗教學(xué)模式，為地方應(yīng)用型高校的實驗教學(xué)改革提供參考，但是實驗教學(xué)改革不是一勞永逸的事，隨著時代的進(jìn)步和學(xué)科的發(fā)展，需要對人才培養(yǎng)模式進(jìn)行不斷的改革和創(chuàng)新，要充分激發(fā)學(xué)生的求知欲，爭取培養(yǎng)出更多優(yōu)秀的應(yīng)用型復(fù)合型人才。

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